【摘 要】
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现浇混凝土剪力墙结构是高层建筑中常用结构形式。因设计、施工和使用等原因或火灾、地震等自然因素的影响,可能导致建筑结构达不到可靠性要求。为了消除结构安全隐患,满足正常使用要求,对既有建筑物进行加固处理已成为常遇的工程技术课题。局部加强置换法是在置换加固法的基础上进行初步探索。相比于传统置换法,局部加强置换法只需采用高强材料对构件的部分区域进行拆除置换,保留部分可兼做施工支撑系统,不仅节省人力物力,还
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现浇混凝土剪力墙结构是高层建筑中常用结构形式。因设计、施工和使用等原因或火灾、地震等自然因素的影响,可能导致建筑结构达不到可靠性要求。为了消除结构安全隐患,满足正常使用要求,对既有建筑物进行加固处理已成为常遇的工程技术课题。局部加强置换法是在置换加固法的基础上进行初步探索。相比于传统置换法,局部加强置换法只需采用高强材料对构件的部分区域进行拆除置换,保留部分可兼做施工支撑系统,不仅节省人力物力,还可缩短施工工期。本文探索性研究,可为今后学术研究和工程实践提供参考。本文以江西某市某一在建高层混凝土剪力墙结构(施工至第10层发现底部1-3层部分剪力墙混凝土强度偏低承载力不足)中的剪力墙为研究对象,采用局部加强置换法进行加固处理,主要研究内容如下:基于三维实体退化虚拟层合单元理论,研制了可考虑施工过程的剪力墙结构局部加强置换法非线性有限元分析程序。该分析程序可按局部拆除和局部加强置换等施工工序对结构分阶段计算,并严格考虑各阶段初始状态信息(包括内力、位移、累积塑形应变或材料损伤等)对下一阶段结构受力的影响,以实现加固施工过程的模拟;在各阶段均计及双重非线性(几何非线性和材料非线性),并能实现梁板墙空间协同三维仿真分析。借助上述程序,对于单片剪力墙,研究不同置换混凝土的强度等级(C50、C60、C70)、原剪力墙结构初始应力水平(0.4fc0、0.5 fc0、0.6 fc0)不同的条件下(共9组模型),L形剪力墙不同置换区域的位移、应力随加载的变化情况,总结局部加强置换法的适用范围。根据有限元分析结果显示:既有剪力墙在局部加强置换法加固完毕后,各区域会有一定的应力差值,但随着后续施工的进行及使用,被置换剪力墙各区域的应力应变会进行重分布,使得新旧混凝土能较好地协同工作。同时,由于置换过程中先置换完成的区域不断地在进行应力重分布,致使其强度利用系数无法正确把控,观察最后置换完成的区域应力情况可知,初始应力水平越高,置换区域的混凝土强度利用系数越低;置换混凝土的强度等级越高,置换区域的混凝土强度利用系数越低。局部加强置换法可用于混凝土强度不足的情形,当初始应力水平超过0.73时,由于置换施工过程裂缝产生过多,甚至有三向开裂的产生,因此不建议采用该方法。同时在整体结构(结构总层数18层,已施工至第10层,底部三层部分剪力墙采用局部加强置换法加固)中,根据SATWE模块弹性算法得出的墙肢轴压比结果,确定24个模拟施工工况,对强度不满足要求的剪力墙进行分批分区域加强置换。研究不同位置共15片剪力墙在置换过程中及后续施工、加载阶段,不同区域(含置换区域和非置换区域)的变形及承载状况,以及加固后结构在水平静力推覆模拟受力的承载及变形情况,来验证局部加强置换法的有效性。有限元分析结果表明:在整体结构中,由于置换先后顺序的影响,不同置换区域的强度利用系数并不相同,通常先置换完成的区域强度利用系数高,后置换完成的区域强度利用系数低。由于在整体结构中,竖向构件受力并不均匀,不可避免地有弯矩的作用。因此,在实际工程中,应严格把控置换区域及置换次序,受力较大部分应作为重点置换区域。采用局部加强置换法加固该结构,结构承载力和抗变形能力都有所提高,能满足原结构设计的安全要求和建筑使用要求。
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